中深孔爆破成井技術(shù)在薩熱克銅礦的應(yīng)用研究

劉 亮，宋柏樹，劉志強(qiáng)

(金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司烏恰項(xiàng)目部，新疆 烏恰 845400)

應(yīng)用研究·有色礦山·

中深孔爆破成井技術(shù)在薩熱克銅礦的應(yīng)用研究

劉 亮，宋柏樹，劉志強(qiáng)

(金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司烏恰項(xiàng)目部，新疆 烏恰 845400)

礦山天井施工多采用人工掘進(jìn)，普通法施工，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。為減輕安全壓力，在薩熱克銅礦探討應(yīng)用中深孔一次成井技術(shù)，在研究國(guó)內(nèi)其他礦山基礎(chǔ)上，根據(jù)礦山實(shí)際，對(duì)中深孔成井技術(shù)進(jìn)行了一些改進(jìn)，取得了成功。

小孔徑一次成井； HT71中深孔臺(tái)車； 小斷面天井

1 工程概況

薩熱克銅礦位于新疆烏恰縣烏魯克恰提鄉(xiāng)，地處南疆與吉爾吉斯坦交界處，地廣人稀，離最近的烏恰縣城約140km，地表植被極少，礦區(qū)平均海拔高度2 800m，礦區(qū)條件較為艱苦，招工較為困難，再加上安全生產(chǎn)的壓力，因此實(shí)現(xiàn)中深孔一次成井顯得尤為必要。

2 685m分段4025采場(chǎng)位于礦區(qū)Ⅱ號(hào)礦體，礦體以礫巖為主，卵石間膠結(jié)料為含礦成分，礦石f系數(shù)為8～10，安息角為36.5°。2 700m分段和2 685m分段的4025穿脈均已施工完畢，利于HT71臺(tái)車將炮孔從2 685m分段向2 700m分段貫通，便于裝藥及檢查炮孔偏斜情況。

2 設(shè)計(jì)方案

為確保本次試驗(yàn)成功，項(xiàng)目部成立了以項(xiàng)目經(jīng)理為組長(zhǎng)、技術(shù)經(jīng)理牽頭，其他部門全力配合的試驗(yàn)小組，明確成員責(zé)任，合理分工。技術(shù)部門積極查閱資料，搜集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，提出了可行性方案，并提交小組審核，技術(shù)人員全程跟班指導(dǎo)，確保試驗(yàn)按既定方案進(jìn)行；設(shè)備部門購(gòu)置試驗(yàn)所需的相關(guān)材料，保障試驗(yàn)順利進(jìn)行；生產(chǎn)部門組織施工人員，配合現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.1 掏槽方式的選擇

從國(guó)內(nèi)目前使用的一次成井方案來看，使用若干空孔作為爆破的自由面和補(bǔ)償空間，掏槽方式主要有3種[1]：①裂隙掏槽。施工一排裂隙孔作為自由面，從兩側(cè)依次爆破，裂隙掏槽對(duì)鑿巖精度要求稍高，要求裂隙孔布置在一條線上；②螺旋掏槽。施工一個(gè)大直徑空孔，在空孔周圍呈螺旋形布置掏槽孔依次爆破，由于空孔數(shù)量最少，且要作為爆破補(bǔ)償空間，因此對(duì)空孔直徑要求較大；③桶型掏槽。以菱形或方形布置一系列掏槽空孔，在空孔周邊布置一系列掏槽孔，以各自周邊的空孔為自由面，達(dá)到掏槽效果。由于空孔數(shù)量可根據(jù)實(shí)際布置，適用于受鑿巖設(shè)備限制，只能施工較小孔徑的一次成井。常見掏槽方式見圖1。

圖1 中深孔一次成井常用的掏槽方式示意圖

為不額外增加鑿巖設(shè)備等成本，項(xiàng)目部決定采用采場(chǎng)中深孔施工的HT71中深孔臺(tái)車，考慮鑿巖效率，HT71中深孔臺(tái)車適用的鉆孔直徑為76～127mm，不適用于大直徑鉆孔施工，因此決定采用桶型掏槽方式。

2.2 爆破參數(shù)的確定

2.2.1 裝藥孔和掏槽空孔孔徑的確定

孔徑能直接影響一次成井的爆破效果，國(guó)內(nèi)較多礦山均使用潛孔鉆機(jī)鉆鑿大直徑炮孔進(jìn)行一次成井爆破，大直徑炮孔提供的補(bǔ)償空間較大，且裝藥量更多，容易取得較好的爆破效果。但薩熱克銅礦地處偏遠(yuǎn)，設(shè)備購(gòu)置不易，因此決定使用采場(chǎng)中深孔施工的HT71中深孔臺(tái)車進(jìn)行鑿巖。考慮HT71中深孔臺(tái)車的鑿巖效率，其適合鉆鑿孔徑為76～127mm，因此決定裝藥孔孔徑為φ76mm，空孔孔徑為φ127mm。

2.2.2 掏槽孔與空孔孔距的確定

掏槽孔是一次成井爆破的首響孔，是整個(gè)成井爆破成功與否的關(guān)鍵。如果孔距過大，掏槽孔的爆破能量不足以崩碎與空孔間的部分巖石，容易造成爆破失敗。因此需要通過嚴(yán)格計(jì)算來確定掏槽孔與空孔的距離，確保爆破成功。

根據(jù)爆破掏槽碎脹理論公式[1]：

式中：a——空孔與掏槽孔的孔間距(取孔中心)；

D——空孔直徑；

d——裝藥孔直徑；

K——巖石碎脹系數(shù)，根據(jù)薩熱克銅礦地質(zhì)資料，礫巖取1.6。

計(jì)算得出a≤367mm。

巖石爆破后需要空孔及裝藥孔提供的補(bǔ)償空間來容納，結(jié)合補(bǔ)償空間理論[2]：

S預(yù)爆巖體K≤S補(bǔ)償空間+S預(yù)爆巖體

如圖2所示，圖中陰影部分為預(yù)爆巖體，空孔和裝藥孔為補(bǔ)償空間，K取1.6。

經(jīng)過計(jì)算得出：S預(yù)爆巖體=122 848mm2，S補(bǔ)償空間=6×S空孔+S掏槽孔=80 542mm2，滿足補(bǔ)償空間理論，因此確定掏槽孔部分炮孔參數(shù)見圖2。

圖2 掏槽孔炮眼布置圖

2.3 炮眼布置

為保證天井爆破后成型滿足切割井要求，選用4個(gè)輔助眼和8個(gè)周邊眼進(jìn)行布置，在天井4個(gè)角的區(qū)域內(nèi)各布置一個(gè)輔助眼，在4個(gè)邊各布置一個(gè)邊眼，4個(gè)角各布置一個(gè)周邊眼，見圖3。

圖3 炮眼布置圖

2.4 中深孔施工方法

采用HT71中深孔臺(tái)車施工，在施工前由測(cè)量人員用紅油漆在各個(gè)孔的開口位置進(jìn)行標(biāo)定。施工時(shí)，所有炮孔先施工φ76mm的小孔，再用擴(kuò)孔鉆頭對(duì)A～F這6個(gè)空孔進(jìn)行擴(kuò)孔。施工時(shí)必須保證臺(tái)車導(dǎo)軌的垂直度，每個(gè)孔鉆進(jìn)3m后需重新檢查孔的角度，并時(shí)刻關(guān)注儀表盤各孔的偏斜度，所有孔的偏斜率應(yīng)控制在1%，同時(shí)對(duì)每個(gè)孔的施工情況進(jìn)行記錄。

2.5 爆破段高

此次中深孔一次成井試驗(yàn)為該礦山建礦以來的第一次，雖然試驗(yàn)參數(shù)經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算滿足各公式及理論，但尚未摸索出一次成井技術(shù)在該礦山應(yīng)用的巖石及炸藥方面的經(jīng)驗(yàn)，因此為保險(xiǎn)起見，擬將11.4m井高分為3次爆破，即第一次4m，第二次3.4m，第三次4m，采用由下至上的爆破順序。

2.6 微差時(shí)間的確定

本次爆破利用的原理是中心掏槽孔以周邊空孔為自由面進(jìn)行爆破，輔助眼2#～5#孔以1#孔爆破后形成的空洞為自由面進(jìn)行爆破，周邊孔以輔助眼及掏槽眼爆破后形成的空洞為自由面進(jìn)行爆破，輔助眼及周邊眼爆破要求上一次爆破后的巖石完全脫離原巖并大體墜落，方能為下一段爆破提供足夠的自由面。為了保證下一段爆破前上一次爆破的原巖有足夠時(shí)間脫落，選擇半秒延期雷管，相鄰段別間隔一個(gè)段，即延時(shí)時(shí)間選擇1s。

2.7 裝藥結(jié)構(gòu)及參數(shù)

為了確保試驗(yàn)成功，保證裝藥密度，選用中深孔的BQF- 100裝藥器進(jìn)行裝藥，炸藥選用散裝膨化硝銨炸藥，裝藥部分全程敷設(shè)導(dǎo)爆索，保證爆破效果。

第一次爆破時(shí)，采用從下往上裝藥方式，先從天井上部吊水泥塞至設(shè)計(jì)位置后將其固定，再填塞500mm長(zhǎng)的細(xì)沙，作為炮孔上部的堵塞。利用裝藥器將炸藥裝入孔內(nèi)，掏槽孔留100mm用炮泥進(jìn)行堵塞，輔助孔和周邊孔留200mm用炮泥進(jìn)行堵塞，裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示。爆破參數(shù)如表1所示。

圖4 第一次爆破裝藥結(jié)構(gòu)圖

表1 第一次爆破參數(shù)

由于第一次爆破后下部天井已經(jīng)成型，需從上部進(jìn)行裝藥。裝藥前需對(duì)成井高度進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)成井高度調(diào)整下一次爆破的段高。第二次裝藥前先將水泥塞吊至炮孔下端口部，再填入200mm細(xì)沙，用于炮孔下部的堵塞，之后再用裝藥器裝入炸藥，裝藥器裝藥時(shí)，需在料管上標(biāo)記好裝藥截止位置，防止裝藥過多或者過少，影響下一次爆破。裝好藥以后再裝入500mm細(xì)沙作為堵塞，裝藥結(jié)構(gòu)如圖5所示。爆破參數(shù)如表2所示。

圖5 第二次爆破裝藥結(jié)構(gòu)圖

表2 第二次爆破參數(shù)

第三次爆破與第二次爆破的裝藥結(jié)構(gòu)大體相同，同樣需要在裝藥前實(shí)測(cè)下部天井成井高度，根據(jù)成井高度調(diào)整裝藥段高。裝藥時(shí)，要確保水泥塞填塞到位后再進(jìn)行裝藥，否則容易造成炸藥下漏，影響爆破效果。裝藥結(jié)構(gòu)圖如6所示。爆破參數(shù)如表3所示。

圖6 第三次爆破裝藥結(jié)構(gòu)圖

3 爆破效果

經(jīng)過爆破后，成井較為規(guī)則，無較大超欠挖，基本和周邊孔形狀一致，對(duì)周邊圍巖破壞較小，高度也達(dá)到了設(shè)計(jì)效果，爆破效果如表4所示。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)爆破后渣石的塊度來看，巖石基本被炸成粉狀，說明炸藥量過多，從最終的炸藥單耗來

表3 第三次爆破參數(shù)

表4 爆破效果表

看，同樣偏高。因此，探索不耦合裝藥結(jié)構(gòu)或者通過減小裝藥孔孔徑來減少炸藥單耗是下一步繼續(xù)研究的重要方向。

(2)本次成井經(jīng)過了3次爆破，每一次爆破段高不超過4m，選擇的段高較為保守，經(jīng)過本次試驗(yàn)的成功，下一步將探索分兩次爆破成井，爭(zhēng)取進(jìn)一步達(dá)到一次爆破成井的目的。

(3)中深孔施工過程中，雖然技術(shù)人員給定了孔的位置，也在鉆孔過程中實(shí)時(shí)調(diào)整角度，但仍出現(xiàn)了一些偏斜，更有一個(gè)炮孔由于偏斜過大而報(bào)廢，導(dǎo)致重新施工，因此提高設(shè)備的精度和施工人員的技能水平，控制孔的偏斜率，仍是一次成井技術(shù)中需要不斷提高的方面。

[1] 李啟月，李夕兵，范作鵬，等.深孔一次成井技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例分析[J].巖石與力學(xué)工程學(xué)報(bào)，2013，32(4):664-670.

[2] 徐 敏.中深孔爆破一次成井技術(shù)研究及應(yīng)用[R].碩士學(xué)位論文，2012.

[3] 楊榮彥，穆永慶，劉廣興.洛鉬集團(tuán)礦山公司深孔爆破一次成井的試驗(yàn)研究[J].采礦技術(shù)，2012，(6):68-72.

[4] 史秀志，周英烈，邱賢陽.多空孔單螺旋掏槽一次爆破成井技術(shù)實(shí)踐[J].采礦技術(shù)，2011，(5)：113-115.

[5] 畢衛(wèi)國(guó)，高文樂，張金泉，等.井下煤倉(cāng)全深度分段爆破成井技術(shù)[J].爆破，2003，20(4)：34-37.

[6] 李廷春，劉洪強(qiáng)，王 超，等.超深孔一次成井微差爆破技術(shù)研究[J].巖土力學(xué)，2012,33(6):1742-1746.

[7] 趙新濤，程貴海，馮國(guó)建.炮孔堵塞長(zhǎng)度的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究[J].力學(xué)季刊，2010，31(2)：165-171.

[8] 劉優(yōu)平，陳壽如.直眼掏槽爆破參數(shù)設(shè)計(jì)探討[J].采礦技術(shù)，2005，(3)：65-66.

[9] 袁再武，劉能國(guó)，石幫乾.天井深孔分段爆破掘進(jìn)試驗(yàn)[J].長(zhǎng)沙礦山研究院季刊，1985，(4)：14-19.

Applied research on raise driving technology with middle-length hole blasting in Sareke Copper Mine

Most mine raises are driven manually in common method with high risk. In order to reduce the security risks， one time raise completion technology with middle-length hole in Sareke Copper Mine was discussed. On the basis of studying other domestic mines, some improvement of raise driving technology with middle-length hole according to mine situation were carried out, and it was practical.

one time raise completion technology with small hole; HT71 middle-length drilling jumbo; small-section raise

1672-609X(2017)05-0001-04

TD235.4

A

2017-05-10

劉 亮(1987-)，男，重慶南川人，助理工程師，從事礦山設(shè)計(jì)及施工現(xiàn)場(chǎng)管理工作。